一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體(Co<sub>x</sub>Zn<sub>1-x</sub>Fe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>)磁性納米粉體的方法
2023-04-28 23:36:21
專利名稱：一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體(CoxZn1-xFe2O4)磁性納米粉體的方法
技術領域：
本發明屬鈷鋅鐵氧體(CoxZm.xFe204)磁性納米粉體的製備領域，特別是涉及一種醇熱 法製備鈷鋅鐵氧體(COxZm.xFe204)磁性納米粉體的方法。
背景技術：
鐵氧體納米粒子因其具有表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應 等物理效應，以及優異的磁性能在高科技領域有著廣闊的應用前景。
CoxZm.JFe204是具有尖晶石型結構的軟磁鐵氧體材料，具有高電阻係數和高飽和磁化 強度,是一種重要的磁性材料。尖晶石型CoxZru-xFe204作為一種軟磁性材料,在永磁材料、磁 記錄和磁性液體等方面有很大的應用前景。近年來C"Zm-xFe204納米粉體的合成和性能越
來越受到人們的關注。
目前國內外製備鈷鋅鐵氧體的主要方法有共沉澱法、水熱法、水解法和溶膠-凝膠法等。
K. Sreekumar等在Applied Catalysis A: General 201 (2000) Ll-L8上報導了用低溫可控共
沉澱法製得CoxZn^Fe204。 Chan-Kong Kim等在Materials Research Bulletin 36 (2001)
2241-2250上報導了用微波-水熱法製得CoxZn,-xFe204。 A. Tawfik等在Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 250 (2002) 77-82上報導了用傳統陶瓷法製得
C00.6Zno.4Fe2C)4。 R. Arulmurugan等在Journal of Magnetism and Magnetic Materials 303
(2006) 131-137上報導了用共沉澱法製得CoxZni-xFe204(x= 0.1 0.5) 。 G.V. Duong等在
Journal of Magnetism and Magnetic Materials 311 (2007) 46-50上報導了用強迫水解法製得
CoxZni.xFe204(x= 0， 0.2， 0.4) 。 WANG Li等在J Magn Mater Devices Vol38 N06 (2007)
22-28上報導了用溶膠-凝膠法製得鈷鋅鐵氧體粉末。G. Vaidyanathan等在Physica B 403
(2008) 2157-2167上報導了用共沉澱法製得平均粒徑為6.92~12.02 nm的鈷鋅鐵氧體納米顆粒。
然而目前製備CoxZni-xFe204的方法主要存在以下缺陷工藝步驟較多、成本較高， 而且所製得的CoxZm-xFe204晶相不純、易團聚。因此尋找一步法製備晶相純、不易團聚、 磁化強度較高的納米CoxZni.xFe204成為研究的熱點。目前未見採用醇熱法製備 CoxZni.xFe204磁性納米粉體的報導。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體(CoxZm.xFe204)磁性納 米粉體的方法，該製備方法簡單，易於工業化生產；所製備的COxZm.xFe204磁性納米粉體晶相純、分散性好、不易團聚，磁化強度高。
本發明的一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體(COxZm-xFe204)磁性納米粉體的方法，包括
(1) 反應液的配置
在室溫下，稱取鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽，其中Zn^和C戶的摩爾數比為1:4 4:1; Zn2+、 0)2+的摩爾數之和與Fe^的摩爾數之比為1:2;分散到濃度為98 wt%~99.5 wt。/。的乙二醇溶 液中待完全溶解後加入為乙二醇體積1/50~1/25的聚乙二醇，再加入與F^+的摩爾數之比 為8:1 12:1的無水乙酸鈉，攪拌，使上述物質溶解，形成反應液；
(2) 溶劑熱反應
將上述反應液放入反應釜中，升溫至180-220 。C，反應8 16h;
(3) CoxZru.xFe204磁性納米粉體的收集與洗滌 將上述反應釜冷卻至室溫，用磁鐵收集產物，去離子水洗滌產物，烘乾得到
CoxZni.xFe204磁性納米粉體。
所述步驟(1)鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽為可溶性的鐵、鈷、鋅的氯化物、硝酸鹽、硝酸鹽， 優先使用鐵的氯化物、鈷的硝酸鹽、鋅的硝酸鹽(FeCl3'6H20、 Co(N03)2'6H20、 Zn(N03)2-6H20)。
所述步驟(1)聚乙二醇的分子量為200 1000。
所述步驟(1)攪拌速度為300-600轉/min，時間20 40min。
所述步驟(3)烘乾溫度為40~80°C;時間為12-24 h。
本製備方法相對於普通的液相法，磁性納米顆粒在有機相中更穩定，不易生成雜質相。 由於在液相中，磁性納米粒子因受到溶液離子強烈的靜電吸引力的作用極易團聚，因此本 方法選用靜電穩定性好的無水乙酸鈉作為鹼性試劑加入，以防止CoxZni-xFe204的大規模團 聚。
有益效果
(1) 本發明的製備方法簡單，對生產設備要求低，易於工業化生產；
(2) 所製備的CoxZm.xFe204磁性納米粉體晶相純、分散性好、不易團聚，磁化強度高。
圖1.合成粉體的掃描電鏡照片； 圖2.合成粉體的X射線衍射圖； 圖3.合成粉體的磁滯回線圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而 不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定 的範圍。
實施例1
稱取1.351 g高氯化鐵、0.145 g六水硝酸鈷、0.595 g六水硝酸鋅，加入三頸燒瓶， 再加入50ml乙二醇，充分攪拌。再加入3.6g無水乙酸鈉、lml聚乙二醇200、在轉數為 500轉/分鐘下機械攪拌30min，待完全溶解後，再將上述溶液倒入反應釜中，升溫至200 °C，反應12h。反應結束，用磁鐵收集產物，並用去離子水洗滌產物，然後將產物在80。C 下乾燥12 h，得到CoxZn^Fe204納米粉體。圖1為本實施例合成粉體的X射線衍射圖， 圖中的衍射峰表明該納米粉體為C0a2Zna8Fe204。圖2為合成粉體的掃描電鏡照片，可 以看出Co0.2Zna8Fe2O4納米微球粒徑在100~400nm，該粉體中的Coo.2Zno.8Fe204納米微球 是由多個Coa2Zno.8Fe204納米晶粒定向聚集而成。圖3是該磁性納米粉體的磁滯回線圖， 可以看出該納米粉體的磁化強度較高，達到57.64 emu/g。
實施例2
稱取1.351 g高氯化鐵、0.291 g六水硝酸鈷、0.446 g六水硝酸鋅，加入三頸燒瓶， 再加入40ml乙二醇，充分攪拌。再加入3.0g無水乙酸鈉、0.5 ml聚乙二醇400、在轉數 為300轉/分鐘下機械攪拌40 min，待完全溶解後，再將上述溶液倒入反應釜中，升溫至 220。C，反應8h。反應結束，用磁鐵收集產物，並用去離子水洗滌產物，然後將產物在40 °C下乾燥24 h，得到COxZm-xFe204納米粉體。XRD測試結果表明該納米粉體為 Co0.4Zno.6Fe204。掃描電鏡觀察表明Coo.4Zno.6Fe204納米微球粒徑在100-400 nm，該納米 粉體中的Coo.4Zno.6Fe204納米微球是由多個Coo.4Zno.6Fe204納米晶粒定向聚集而成。磁滯 回線圖測試表明該納米粉體具有良好的磁性能。
實施例3
稱取1.351 g高氯化鐵、0.364 g六水硝酸鈷、0.372 g六水硝酸鋅，加入三頸燒瓶， 再加入60ml乙二醇，充分攪拌。再加入4.5g無水乙酸鈉、1.5 ml聚乙二醇600、在轉數 為600轉/分鐘下機械攪拌20 min，待完全溶解後，再將上述溶液倒入反應釜中，升溫至 180 °C，反應16h。反應結束，用磁鐵收集產物，並用去離子水洗滌產物，然後將產物在 60 QC下乾燥18 h，得到C0xZni.xFe204納米粉體。XRD測試結果表明該納米粉體為 Coo.5ZnQ.5Fe204。掃描電鏡觀察表明Coa5Zrio.5Fe204納米微球粒徑在100~400 nm，該納米
5粉體中的Coo.sZno.5Fe204納米微球是由多個C0a5Zna5Fe204納米晶粒定向聚集而成。磁滯 回線圖測試表明該納米粉體具有良好的磁性能。
實施例4
稱取1.351 g高氯化鐵、0.412 g六水硝酸鈷、0.298 g六水硝酸鋅，加入三頸燒瓶， 再加入45ml乙二醇，充分攪拌。再加入6.0 g無水乙酸鈉、1 ml聚乙二醇800、在轉數 為400轉/分鐘下機械攪拌25 min，待完全溶解後，再將上述溶液倒入反應釜中，升溫至 210 °C，反應10h。反應結束，用磁鐵收集產物，並用去離子水洗滌產物，然後將產物在 50 °C下乾燥20 h，得到CoxZni.xFe204納米粉體。XRD測試結果表明該納米粉體為 Co0.6Zno.4Fe204。掃描電鏡觀察表明Coa6Zna4Fe204納米微球粒徑在100~400nm，該納米 粉體中的Coo.6Zno.4Fe204納米微球是由多個C0o.6Zno.4Fe204納米晶粒定向聚集而成。磁滯 回線圖測試表明該納米粉體具有良好的磁性能。
實施例5
稱取1.351 g高氯化鐵、0.583 g六水硝酸鈷、0.149 g六水硝酸鋅，加入三頸燒瓶， 再加入55ml乙二醇，充分攪拌。再加入4.0g無水乙酸鈉、0.8 ml聚乙二醇1000、在轉 數為560轉/分鐘下機械攪拌35 min，待完全溶解後，再將上述溶液倒入反應釜中，升溫 至190。C，反應14h。反應結束，用磁鐵收集產物，並用去離子水洗漆產物，然後將產物 在60。C下千燥20 h，得到CoxZn^Fe204納米粉體。XRD測試結果表明該納米粉體為 Coa8Zno.2Fe204。掃描電鏡觀察表明Coo.8Zno.2Fe204納米微球粒徑在100~400 nm,該納米 粉體中的Coo.8Zno.2Fe204納米微球是由多個Coo.8Zno.2Fe204納米晶粒定向聚集而成。磁滯 回線圖測試表明該納米粉體具有良好的磁性能。
權利要求
1.一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體CoxZn1-xFe2O4磁性納米粉體的方法，包括(1)在室溫下，稱取鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽，其中Zn2+和Co2+的摩爾數比為1∶4～4∶1；Zn2+、Co2+的摩爾數之和與Fe3+的摩爾數之比為1∶2；分散到濃度為98wt％～99.5wt％的乙二醇溶液中待完全溶解後加入為乙二醇體積1/50～1/25的聚乙二醇，再加入與Fe3+的摩爾數之比為8∶1～12∶1的無水乙酸鈉，攪拌，使上述物質溶解，形成反應液；(2)將上述反應液放入反應釜中，升溫至180～220℃，反應8～16h；冷卻至室溫，用磁鐵收集產物，去離子水洗滌產物，烘乾即得。
2. 根據權利要求1所述的一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體CoxZm—xFe204磁性納米粉體的方法， 其特徵在於所述步驟(1)鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽為可溶性的鐵、鈷、鋅的氯化物、硝酸鹽、 硝酸鹽。
3. 根據權利要求1所述的一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體CoxZm-xFe204磁性納米粉體的方法， 其特徵在於所述步驟(1)鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽為鐵的氯化物FeCl3'6H20，鈷的硝酸鹽 Co(N03)2'6H20，鋅的硝酸鹽Zn(N03)2'6H20。
4. 根據權利要求1所述的一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體COxZm-xFe204磁性納米粉體的方法， 其特徵在於所述步驟(1)聚乙二醇的分子量為200 1000。
5. 根據權利要求1所述的一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體COxZm-xFe204磁性納米粉體的方法， 其特徵在於所述步驟(1)攪拌速度為300~600轉/min，時間20 40min。
6. 根據權利要求1所述的一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體CoxZm-xFe204磁性納米粉體的方法， 其特徵在於所述步驟(2)烘乾溫度為40~80°C;時間為12 24h。
7. 根據權利要求1所述的一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體CoxZm-xFe204磁性納米粉體的方法， 其特徵在於通過調節鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽的比例，得到不同組成的CoxZm-xFe204磁性納米 粉體。
全文摘要
本發明涉及一種醇熱法製備鈷鋅鐵氧體CoxZn1-xFe2O4磁性納米粉體的方法，包括(1)在室溫下，稱取鐵鹽、鈷鹽、鋅鹽，分散到乙二醇溶液中，待完全溶解後加入聚乙二醇(200～1000)，再加入無水乙酸鈉，攪拌，形成反應液；(2)放入反應釜中，升溫至180～220℃，反應8～16h；冷卻至室溫，用磁鐵收集產物，去離子水洗滌產物，烘乾即得。本發明方法簡單，易於工業化生產；所製備的CoxZn1-xFe2O4磁性納米粉體晶相純、分散性好、不易團聚，磁化強度高。
文檔編號C04B35/622GK101560101SQ20091005198
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月26日 優先權日2009年5月26日
發明者侯成義, 張青紅, 朱美芳, 李耀剛, 王宏志 申請人:東華大學